Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Методы и приборы неразрушающего контроля»

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ РАССЕЯНИЯ МОДЕЛи ДЕФЕКТа

Методические указания

к лабораторной работе № 70

по дисциплине

«Методы и технологии магнитного контроля»

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2007

ВВЕДЕНИЕ

Одной из основных задач магнитного неразрушающего контроля (далее – НК) является контроль сплошности (дефектоскопия). Магнитная дефектоскопия осуществляется путем регистрации магнитных полей рассеяния, создаваемых дефектами.

Для успешной и надежной работы магнитных дефектоскопов, основанных на индикации локальных магнитных полей рассеяния от дефектов, необходимо иметь достаточно полную информацию о пространственном распределении магнитных полей как от реальных дефектов (волосовин, трещин, закатов и т.п.), так и от дефектов типа магнитных неоднородностей, обусловленных технологией производства, колебаниями химического состава материала и т. д.

1. Цель работы

Изучение особенностей пространственного распределения (топографии) магнитных полей рассеяния от моделей дефектов. Приобретение навыков по анализу расчетных зависимостей и результатов эксперимента.

2. Краткие сведения из теории

Достаточно полное и физически обоснованное представление об образовании магнитного поля рассеяния вблизи дефекта можно получить расчетно-аналитическим методом [1]. Выводы, полученные этим методом, позволяют правильно представить схему распределения магнитных силовых линий поля рассеяния дефекта внутри намагниченной детали и над ее поверхностью (рис. 1). На рисунке показан контролируемый объект (далее – КО) в виде длинного цилиндрического стержня с одной внешней граничной поверхностью. Предположим, что материал стержня однороден по своим магнитным свойствам и имеет относительную магнитную проницаемость μ_1. В однородном внешнем магнитном поле материал стержня приобретает намагниченность J. На некоторой глубине под этой поверхностью находится

Рисунок 1- Схема поляризации стенок дефекта и линии магнитного поля.

внутренний дефект, сжатый в направлении внешнего поля H₀. Материал внутри дефекта однороден, относительная магнитная проницаемость равна μ₂. При этом, μ₂ значительно меньше μ₁. Тогда намагниченность J₂ материала, заполняющего дефект, будет меньше намагниченности J₁ остальных участков стержня. Поэтому часть векторов намагниченности будет обрываться на границе КО - дефект и снова начинаться на границе дефект - КО. Известно, что каждый конец линии намагниченности действует как некоторый положительный магнитный заряд, а каждое ее начало как магнитный заряд противоположного знака. В результате этого границы или стенки дефекта будут поляризованы, положительными и отрицательными магнитными зарядами (смотри рис. 1). Каждый магнитный заряд создает магнитное поле, направленное из него как из центра. Над участком намагниченной детали, в пределах которого находится внутренняя трещина или иной дефект, суммарное поле магнитных зарядов направлено в ту же сторону, что и внешнее поле H₀, т.е. усиливает его действие. Суммарное поле магнитных зарядов H_д называется полем р а с с е я н и я д е ф е к т а. Оно имеет сосредоточенный характер с максимальным значением напряженности непосредственно над дефектом.

Магнитные поля рассеяния от различных простейших моделей дефектов исследованы теоретическими методами, аналогичными используемыми в электростатики [2]. Основной результат таких исследований – получение распределения магнитных полей рассеяния в виде функции распределения тангенциальной (касательной) H_x и нормальной H_y составляющих поля рассеяния над КО вблизи дефекта. Начало прямоугольной системы координат помещено посредине раскрытия модели дефекта, ось Х направлена вдоль поверхности КО, ось У – перпендикулярно к ней.

Магнитные методы применяют, в основном, для обнаружения дефектов типа трещин, волосовин, рисок, надиров, закатов и т.п. [3]. Такие дефекты отличаются тем, что у них глубина намного больше ширины (или сравнима с ней). У таких дефектов магнитные заряды распределены в двух измерениях -по длине и глубине. Поле H_д можно уподобить полю "ленточного магнитного диполя", состоящего из двух заряженных пластин (граней, лент) бесконечной или конечной длины, причем расстояние между ними (ширина диполя) и их высота (глубина диполя) в первом приближении совпадают с параметрами действительного дефекта [4].

На рисунке 2 приведены две совершенно различные модели А и В для расчета поля рассеяния H_д трещины конечной глубины. Модель А относится к расчетам поля рассеяния по методу [4], при котором поле ленточного диполя с постоянной магнитной плотностью заряда приравнивают к полю рассеяния щели конечной глубины h и ширины 2b. Полученные уравнения для компонент H_x и H_y имеют вид